package com.cango.student.algorithm.offer;

/*
 * 题目：在一个长度为n+1的数组里的所有数字都在1到n的范围内，所以数组中至
 * 少有一个数字是重复的。请找出数组中任意一个重复的数字，但不能修改输入的
 * 数组。例如，如果输入长度为8的数组{2, 3, 5, 4, 3, 2, 6, 7}，那么对应的
 * 输出是重复的数字2或者3。
 *
 *
 */
public class FindDuplication2 {

    /**
     * 把该数组看作一个链表，下标代表当前结点，值代表next指针
     * @param nums {1, 4, 3, 4, 2}
     * @return
     */
    public int findDuplicate(int[] nums) {
        if (nums == null)
            return -1; //invalid

        int fast = 0;
        int slow = 0;
        do {
            fast = nums[nums[fast]];
            slow = nums[slow];
        } while (fast != slow);
        int entry = 0;
        while (entry != slow) {
            entry = nums[entry];
            slow = nums[slow];
        }
        return entry;
    }

    /**
     * 找到数组中一个重复的数字
     * 返回-1代表无重复数字或者输入无效
     *
     * 时间复杂度：O(n)
     *
     * 空间复杂度：O(1)
     */
    public int getDuplicate2(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 0) {
            System.out.println("数组输入无效！");
            return -1;
        }
        // 这个循环是为了当值与下标相等，重新循环
        // 下标与值相符
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int temp;

            // 当值与下标不相等
            while (arr[i]-1 != i) {
                // 当值与值为下标的数组数字相等
                if (arr[arr[i]-1] == arr[i])
                    return arr[i];

                // 当前值到下标为值得数组中
                temp = arr[i];
                arr[i] = arr[temp-1];
                arr[temp-1] = temp;
            }
        }
        System.out.println("数组中无重复数字！");
        return -1;
    }

    /**
     * 找到数组中一个重复的数字
     * 返回-1代表无重复数字或者输入无效
     *
     * 数组长度为n+1，而数字只从1到n，说明必定有重复数字。可以由二分查找法拓展：把1~n的数字从中间数字m分成两部分，
     * 若前一半1~m的数字数目超过m个，说明重复数字在前一半区间，否则，在后半区间m+1~n。每次在区间中都一分为二，知道找到重复数字。
     *
     * 时间复杂度说明：函数countRange()将被调用O(logn)次，每次需要O(n)的时间。
     *
     * 时间复杂度：O(nlogn)  （while循环为O(logn)，coutRange()函数为O(n)）
     *
     * 空间复杂度：O(1)
     *
     *
     */
    public int getDuplicate(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length <= 0) {
            System.out.println("数组输入无效！");
            return -1;
        }
        for (int a : arr) {
            if (a < 1 || a > arr.length - 1) {
                System.out.println("数字大小超出范围！");
                return -1;
            }
        }
        int low = 1;
        int high = arr.length - 1; // high即为题目的n
        int mid, count;
        while (low <= high) {
            mid = ((high - low) >> 1) + low;
            count = countRange(arr, low, mid);
            // 二分结束
            if (low == high) {
                if (count > 1)
                    return low;
                else
                    break; // 必有重复，应该不会出现这种情况吧？
            }
            if (count > mid - low + 1) {
                high = mid;
            } else {
                low = mid + 1;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 返回在[low,high]范围中数字的个数
     */
    public int countRange(int[] arr, int low, int high) {
        if (arr == null)
            return 0;

        int count = 0;
        // 遍历所有数字，如果数字在区间之中，加一
        for (int a : arr) {
            if (a >= low && a <= high)
                count++;
        }
        return count;
    }

    // ==================================测试代码==================================

    /**
     * 数组为null
     */
    public void test1() {
        System.out.print("test1：");
        int[] a = null;
        int dup = getDuplicate(a);
        if (dup >= 0)
            System.out.println("重复数字为：" + dup);
    }

    /**
     * 数组数字越界
     */
    public void test2() {
        System.out.print("test2：");
        int[] a = {1, 2, 3, 4};
        int dup = getDuplicate(a);
        if (dup >= 0)
            System.out.println("重复数字为：" + dup);
    }

    /**
     * 数组带重复数字
     */
    public void test3() {
        System.out.print("test3：");
        int[] a = {1, 4, 3, 4, 2};
//        int dup = getDuplicate(a);
        int dup = findDuplicate(a);
        if (dup >= 0)
            System.out.println("重复数字为：" + dup);
    }

    /**
     * 数组带重复数字
     */
    public void test4() {
        System.out.print("test3：");
        int[] a = {4, 3, 2, 1, 1};
//        int dup = getDuplicate(a);
        int dup = getDuplicate2(a);
        if (dup >= 0)
            System.out.println("重复数字为：" + dup);
    }

    public static void main(String[] args) {
        FindDuplication2 f2 = new FindDuplication2();
//        f2.test1();
//        f2.test2();
//        f2.test3();
        f2.test4();
    }
}